高中物理第十四章電磁波第1～3節(jié)電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁振蕩電磁波的發(fā)射和接受4

第1～3節(jié)電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁振蕩電磁波的發(fā)射和接收1.英國物理學(xué)家麥克斯韋成立了經(jīng)典電磁場理論：變化的磁場產(chǎn)生電場，變化的電場產(chǎn)生磁場。德國物理學(xué)家赫茲證明了電磁波的存在。2．LC電路的周期(頻次)公式：T＝2πLC，f1＝。2πLC調(diào)幅3．無線電波的發(fā)射和接收過程：調(diào)制調(diào)頻→發(fā)射→接收→調(diào)諧→解調(diào)。一、電磁場和電磁波1．麥克斯韋電磁理論的兩個基本假定變化的磁場能夠在四周空間產(chǎn)生電場。變化的電場能夠在四周空間產(chǎn)生磁場。圖甲變化的磁場在其四周空間產(chǎn)生電場。圖乙變化的電場在其四周空間產(chǎn)生磁場。2．電磁場變化的電場和變化的磁場交替產(chǎn)生，形成不行切割的一致體，稱為電磁場。3．電磁波電磁波的產(chǎn)生：變化的電場和磁場交替產(chǎn)生而形成的電磁場是由近及遠(yuǎn)地流傳的，這類變化的電磁場在空間的流傳稱為電磁波。電磁波的特色：①電磁波是橫波，電磁波在空間流傳不需要介質(zhì)；②電磁波的波長、頻次、波速的關(guān)系：v＝λf，在真空中，電磁波的速度c＝3.0×108m/s。電磁波能產(chǎn)生反射、折射、干預(yù)和衍射等現(xiàn)象。二、電磁振蕩1．振蕩電流：大小和方向都隨時間做周期性快速變化的電流。2．振蕩電路：能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路。最基本的振蕩電路為LC振蕩電路。3．電磁振蕩：在LC振蕩電路中，電容器極板上的電荷量，電路中的電流，電場和磁場周期性互相轉(zhuǎn)變的過程也就是電場能和磁場能周期性互相轉(zhuǎn)變的過程。4．電磁振蕩的周期與頻次周期：電磁振蕩達(dá)成一次周期性變化需要的時間。頻次：1s內(nèi)達(dá)成周期性變化的次數(shù)。振蕩電路里發(fā)生無阻尼振蕩時的周期和頻次分別叫做固有周期、固有頻次。(3)周期和頻次公式：＝2π，f＝1。TLC2πLC三、電磁波的發(fā)射1．要有效地發(fā)射電磁波，振蕩電路一定擁有兩個特色：要有足夠高的振蕩頻次，頻次越高，發(fā)射電磁波的本事越大。應(yīng)采納開放電路，振蕩電路的電場和磁場一定分別到足夠大的空間。2．開放電路：實質(zhì)的開放電路，線圈的一端用導(dǎo)線與大地相連，這條導(dǎo)線叫做地線，線圈的另一端高高地架在空中，叫做天線。3．電磁波的調(diào)制：使電磁波隨各樣信號而改變的技術(shù)叫做調(diào)制。調(diào)制的方法有兩種，一是調(diào)幅，使高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而改變；另一種叫調(diào)頻，使高頻電磁波的頻次隨信號的強(qiáng)弱而改變。四、電磁波的接收1．接收原理電磁波在流傳時碰到導(dǎo)領(lǐng)會使導(dǎo)體中產(chǎn)生感覺電流，所以導(dǎo)體可用來接收電磁波，這個導(dǎo)體就是接收天線。2．電諧振當(dāng)接收電路的固有頻次跟接收到的電磁波的頻次相等時，接收電路里產(chǎn)生的震蕩電流最強(qiáng)，這類現(xiàn)象叫做電諧振。3．調(diào)諧使電路中產(chǎn)生電諧振的過程叫做調(diào)諧。4．解調(diào)使聲音或圖像信號從接收到的感覺電流中復(fù)原出來，這個過程是調(diào)制的逆過程，叫做解調(diào)。5．無線電波波長大于1_mm(頻次低于300GHz)的電磁波叫作無線電波。并按波長分紅若干個波段，像長波、中波、短波、微波等。每個段所用的設(shè)施和技術(shù)不一樣，所以有不一樣的用途。1．自主思慮——判一判恒定電流四周產(chǎn)生磁場，磁場又產(chǎn)生電場。(×)(2)電磁波和光在真空中的流傳速度都是3.0×108m/s。(√)電容器放電完成，電流最大。(√)L和C越大，電磁振蕩的頻次越高。(×)頻次越高，振蕩電路發(fā)射電磁波本事越大。(√)當(dāng)接收電路的固有頻次和電磁波頻次相同時，出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。(√)要使電視機(jī)的屏幕上出現(xiàn)圖像，一定將電視機(jī)接收到的無線電信號解調(diào)。(√)2．合作研究——議一議如何才能形成電磁波？提示：變化的電場四周產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場四周產(chǎn)生變化的電場，在空間交替變化并流傳出去的電磁場就形成了電磁波。翻開收音機(jī)的開關(guān)，轉(zhuǎn)動選臺旋鈕，使收音機(jī)收不到電臺的廣播，而后開大音量。在收音機(jī)鄰近，將電池盒的兩根引線頻頻碰撞，你會聽到收音機(jī)中發(fā)出“喀喀”的響聲。為什么會產(chǎn)生這類現(xiàn)象呢？翻開風(fēng)扇，將它湊近收音機(jī)，看看又會如何。提示：電磁波是由電磁振蕩產(chǎn)生的，在收音機(jī)鄰近，將電池盒兩引線頻頻碰觸，變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場產(chǎn)生變化的電場，這樣會發(fā)出電磁波，進(jìn)而致使收音機(jī)中發(fā)出“喀喀”聲。若將轉(zhuǎn)動的風(fēng)扇湊近收音機(jī)，因為風(fēng)扇中電動機(jī)內(nèi)通有溝通電，電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)相同會惹起收音機(jī)發(fā)出“喀喀”聲。(3)1895年，一位年青的意大利人馬可尼(公元1874－1937年)發(fā)了然無線電通訊技術(shù)。此后，攜帶了人類信息的電磁波開始在空間自由旅游，人們不用依靠電線，就能夠在遙遠(yuǎn)的地方互通訊息。電視臺發(fā)射電視信號為何要建高聳入云的發(fā)射塔呢？提示：電視信號要有效地發(fā)射出去，一定采納高頻開放電路，電視信號所用電磁波的波長比較短，以直線流傳為主，碰到阻礙物會被阻攔，所以發(fā)射天線要架得高一些。1．電磁場的產(chǎn)生假如在空間某處有周期性變化的電場，那么這個變化的電場就在它四周空間產(chǎn)生周期性變化的磁場，這個變化的磁場又在它四周空間產(chǎn)生變化的電場——變化的電場和變化的磁場是互相聯(lián)系著的，形成不行切割的一致體，這就是電磁場。2．對麥克斯韋電磁場理論的理解恒定的電場不產(chǎn)生磁場恒定的磁場不產(chǎn)生電場平均變化的電場在四周空間產(chǎn)生恒定的磁場平均變化的磁場在四周空間產(chǎn)生恒定的電場不平均變化的電場在四周空間產(chǎn)生變化的磁場不平均變化的磁場在四周空間產(chǎn)生變化的電場振蕩電場產(chǎn)生同頻次的振蕩磁場振蕩磁場產(chǎn)生同頻次的振蕩電場3．對電磁波的理解電磁波的流傳不需要介質(zhì)，可在真空中流傳。在真空中，不一樣頻次的電磁波流傳速度是相同的(都等于光速)。不一樣頻次的電磁波，在同一介質(zhì)中流傳，其速度是不一樣的，頻次越高，波速越小。(3)v＝中，f是電磁波的頻次，即為發(fā)射電磁波的LC振蕩電路的頻次：f＝1，λf2πLC改變L或C即可改變f，進(jìn)而改變電磁波的波長λ。[典例][多項選擇]某空間出現(xiàn)了如下圖的一組閉合的電場線，這可能是( )A．沿AB方向磁場在快速減弱B．沿AB方向磁場在快速增添C．沿BA方向磁場在快速增添D．沿BA方向磁場在快速減弱[分析]

依據(jù)電磁感覺，閉合回路中的磁通量變化時，

使閉合回路中產(chǎn)生感覺電流，

該電流可用楞次定律判斷。

依據(jù)麥克斯韋電磁理論，

閉合回路中產(chǎn)生感覺電流，

是因為閉合回路中遇到了電場力的作用，

而變化的磁場產(chǎn)生電場，

與能否存在閉合回路沒相關(guān)系，

故空間內(nèi)磁場變化產(chǎn)生的電場方向，仍舊可用楞次定律判斷，四指圍繞方向即為感覺電場的方向，由此可知A、C正確。[答案]AC1．對于電磁場理論，以下說法正確的選項是( )A．在電場四周必定會產(chǎn)生磁場B．任何變化的電場四周空間必定會產(chǎn)生變化的磁場C．平均變化的電場會產(chǎn)生變化的磁場D．周期性變化的電場會產(chǎn)生周期性變化的磁場分析：選D變化的電場四周必定產(chǎn)生磁場，但若電場不發(fā)生變化，則不可以在四周空間產(chǎn)生磁場，選項A錯誤；平均變化的電場只好在四周空間產(chǎn)生穩(wěn)固的磁場，只有不平均變化的電場才能在四周空間產(chǎn)生變化的磁場，選項B、C錯誤；周期性變化的電場(或磁場)在周圍空間產(chǎn)生周期性變化的磁場

(或電場)，選項

D正確。2.如下圖是某一固定面的磁通量的變化圖像，

在它四周空間產(chǎn)生的電場中的某一點(diǎn)場強(qiáng)E應(yīng)是(

)A．漸漸加強(qiáng)

B．漸漸減弱C．不變

D．沒法確立分析：選

C

由圖可知磁通量

Φ隨時間

t

平均變化，而

Φ＝BS，所以磁場是平均變化的，依據(jù)麥克斯韋電磁場理論可知

C正確。3.[多項選擇]如下圖，有一水平擱置、內(nèi)壁圓滑、絕緣的真空圓形管，半徑為R，有一帶正電的粒子靜止在管內(nèi)，整個裝置處于豎直向上的磁場中，要使帶電粒子由靜止開始沿管做圓周運(yùn)動，所加磁場可能是( )A．勻強(qiáng)磁場B．平均增添的磁場C．平均減少的磁場D．因為洛倫茲力不做功，不論加什么磁場都不可以使帶電粒子運(yùn)動分析：選BC磁場對靜止的電荷不產(chǎn)生力的作用，但當(dāng)磁場變化時可產(chǎn)生電場，電場對帶電粒子產(chǎn)生電場力的作用，帶電粒子在電場力作用下能夠產(chǎn)生加快度，選項B、C正確。電磁振蕩的變化規(guī)律1．各物理量變化狀況一覽表時刻工作(時間)qEiB能量過程T放電0→4qm→0Em→00→im0→BmE電→E磁過程TT充電4→20→qm0→Emim→0Bm→0E磁→E電過程T3T放電0→iE→Emmmm電磁2→4q→0E→00→B過程4→T充電0→Ei→0B→0E→E0→q磁電3Tmmmm過程2．振蕩電流、極板帶電荷量隨時間的變化圖像[典例][多項選擇]如圖(a)所示，在LC振蕩電路中，經(jīng)過P點(diǎn)的電流變化規(guī)律如圖(b)所示，且把經(jīng)過P點(diǎn)向右的方向規(guī)定為電流i的正方向，則( )A．0.5s至1s時間內(nèi)，電容器C在放電B．0.5s至1s時間內(nèi)，電容器C的上極板帶正電C．1s至1.5s時間內(nèi)，Q點(diǎn)的電勢比P點(diǎn)的電勢高D．1s至1.5s時間內(nèi)，電場能正在轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿躘分析]0.5s至1s時間內(nèi)，振蕩電流是充電電流，充電電流是由負(fù)極板流向正極板；1s至1.5s時間內(nèi)，振蕩電流是放電電流，放電電流是由正極板流向負(fù)極板，因為電流為負(fù)值，所以由Q流向P。[答案]CDLC振蕩電路充、放電過程的判斷方法依據(jù)電流流向判斷：當(dāng)電流流向帶正電的極板時，電容器的電荷量增添，磁場能向電場能轉(zhuǎn)變，處于充電過程；反之，當(dāng)電流流出帶正電的極板時，電荷量減少，電場能向磁場能轉(zhuǎn)變，處于放電過程。(2)依據(jù)物理量的變化趨向判斷：當(dāng)電容器的帶電量q(電壓U、場強(qiáng)E)增大或電流i(磁場B)減小時，處于充電過程；反之，處于放電過程。依據(jù)能量判斷：電場能增添時充電，磁場能增添時放電。如下圖，表示LC振蕩電路某時刻的狀況，以下說法正確的選項是( )A．電容器正在充電B．電感線圈中的磁場能正在減小C．電感線圈中的電流正在減小D．此時自感電動勢正在阻攔電流的增添分析：選D依據(jù)磁感線的方向能夠判斷電流方向是逆時針，再依據(jù)電容器極板上帶電的性質(zhì)能夠判斷電容器在放電，A項錯誤；電容器在放電，所以電流在增添，磁場能在增添，自感電動勢正在阻攔電流的增添，B、C項錯誤，D項正確。2．如下圖是一個LC振蕩電路中電流的變化圖線，以下說法正確的選項是( )A．t1時刻電感線圈兩頭電壓最大B．t2時刻電容器兩極板間電壓為零C．t1時刻電路中只有電場能D．t1時刻電容器所帶電荷量為零分析：選D振蕩過程中因為電感和電容的存在，電路不是純電阻電路，故不知足歐姆定律的合用條件。由i-t圖像可知t1時刻電流i最大，t2時刻電流i為零，誤以為i與uU知足歐姆定律I＝R，進(jìn)而錯選A、B項。電流i最大時，說明磁場最強(qiáng)，磁場能最大，電場能為零，電壓、電荷量均為零。3．在

LC振蕩電路中，電容器上的帶電量從最大值變化到零所需的最短時間是

(

)A.

π4

LC

B.

π2

LCC．π

LC

D．2π

LC分析：選BLC振蕩電路的周期T＝2πLC，其電容器上的帶電荷量從最大值變化到零π的最短時間t＝4，故t＝2LC。無線電波的發(fā)射和接收1．無線電波的發(fā)射和接收過程2．“調(diào)幅”和“調(diào)頻”是調(diào)制的兩個不一樣的方式(1)高頻電磁波的振幅隨信號的強(qiáng)弱而變的調(diào)制方式叫調(diào)幅，一般電臺的中波、中短波、短波廣播以及電視中的圖像信號采納調(diào)幅波。高頻電磁波的頻次隨信號的強(qiáng)弱而變的調(diào)制方式叫調(diào)頻，電臺的立體聲廣播和電視中的伴音信號，采納調(diào)頻波。3．解調(diào)是調(diào)制的逆過程聲音、圖像等信號頻次相對較低，不可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栔苯影l(fā)射出去，而要將這些低頻信號加載到高頻電磁波信號上去。將聲音、圖像信號加載到高頻電磁波上的過程就是調(diào)制。而將聲音、圖像信號從高頻信號中復(fù)原出來的過程就是解調(diào)。4．正確理解調(diào)諧的作用世界上有許很多多的無線電臺、電視臺及各樣無線電信號，假如不加選擇所有接收下來，那必定是一片雜亂，分辨不清。所以接收信號時，第一要從各樣電磁波中把我們需要的選出來，往常叫選臺。在無線電技術(shù)中是利用電諧振達(dá)到該目的的。[典例][多項選擇]以下對無線電廣播要對電磁波進(jìn)行調(diào)制的原由的說法正確的選項是( )A．經(jīng)過調(diào)制后的高頻電磁波向外輻射能量的本事更強(qiáng)B．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間流傳得更快C．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間流傳波長不變D．經(jīng)過調(diào)制后的電磁波在空間流傳波長改變[分析]

調(diào)制是把要發(fā)射的信號“加”到高頻等幅振蕩電流上去，

頻次越高，流傳信息能力越強(qiáng)，

A對；電磁波在空氣中以湊近光速流傳，

B錯；由

v＝λf，知波長與波速和流傳頻次相關(guān)，C錯D對。[答案]AD鄰近觀點(diǎn)的辨析技巧調(diào)頻和調(diào)幅：這是調(diào)制的兩種方式，使電磁波的頻次隨信號改變的調(diào)制方式叫調(diào)頻；使電磁波的振幅隨信號改變的調(diào)制方式叫調(diào)幅。(2)調(diào)制和解調(diào)：把低頻電信號加載到高頻等幅振蕩電流上叫作調(diào)制；把低頻電信號從高頻載波中檢出來叫解調(diào)，是調(diào)制的逆過程。1．簡單的、比較有效的電磁波的發(fā)射裝置，起碼應(yīng)具備以下電路中的( )①調(diào)諧電路

②調(diào)制電路

③高頻振蕩電路

④開放振蕩電路A．①②③

B．②③④C．①④

D．①②④分析：選

B

比較有效的發(fā)射電磁波的裝置應(yīng)當(dāng)有調(diào)制電路、高頻振蕩電路和開放振蕩電路。調(diào)制電路是把需要發(fā)射的信號裝載在高頻電磁波上才能發(fā)射出去，高頻振蕩電路能產(chǎn)生高頻電磁波，開放振蕩電路能把電磁波發(fā)送的更遠(yuǎn)。而調(diào)諧電路是在接收端需要的電路。2．有一個LC接收電路，本來接收較低頻次的電磁波，此刻要想接收較高頻次的電磁波，以下調(diào)理正確的選項是( )A．增添電源電壓B．使用調(diào)頻的調(diào)制方式C．把可動電容器的動片適合旋出一些D．在線圈中插入鐵芯分析：選C增大LC接收電路的頻次，由公式f＝1可知應(yīng)減小電容或電感，A、2πLCB項錯；把可動電容器的動片適合旋出一些，減小了電容，切合題目要求，C項正確；在線圈中插入鐵芯，增大了電感，不合題意，D項錯。3．世界各地有很多無線電臺同時廣播，用收音機(jī)一次只好收聽到某一電臺的播音，而不是同時收聽到很多電臺的播音，其原由是( )A．因為收聽到的電臺離收音機(jī)近來B．因為收聽到的電臺頻次最高C．因為接收到的電臺電磁波能量最強(qiáng)D．因為接收到的電臺電磁波與收音機(jī)調(diào)諧電路的固有頻次相同，產(chǎn)生了電諧振分析：選D選臺就是調(diào)諧過程，使f固＝f電磁波，在接收電路中產(chǎn)生電諧振，激起的感應(yīng)電流最強(qiáng)，D正確。1．[多項選擇]在電磁學(xué)發(fā)展過程中，很多科學(xué)家做出了貢獻(xiàn)。以下說法正確的選項是( )A．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)；法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感覺現(xiàn)象B．麥克斯韋預(yù)知了電磁波；楞次用實考證明了電磁波的存在C．庫侖發(fā)現(xiàn)了點(diǎn)電荷的互相作用規(guī)律；密立根經(jīng)過油滴實驗測定了元電荷的數(shù)值D．安培發(fā)現(xiàn)了磁場對運(yùn)動電荷的作用規(guī)律；洛倫茲發(fā)現(xiàn)了磁場對電流的作用規(guī)律分析：選

AC

赫茲用實考證明了電磁波的存在，

B錯；安培發(fā)現(xiàn)了磁場對電流的作用規(guī)律，洛倫茲發(fā)現(xiàn)了磁場對運(yùn)動電荷的作用規(guī)律，

D錯，選

A、C。2．在

LC振蕩電路中，當(dāng)電容器充電完成還沒有開始放電時，以下說法正確的選項是

(

)A．電容器中的電場最強(qiáng)B．電路里的磁場最強(qiáng)C．電場能已有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿蹹．磁場能已有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶瞿芊治觯哼xALC振蕩電路電容器充電完成，電容器中電場最強(qiáng)，磁場最弱，電場能和磁場能之間還沒有發(fā)生轉(zhuǎn)變，故A正確。3．[多項選擇]用一平行板電容器和一個線圈構(gòu)成LC振蕩電路，要增大發(fā)射電磁波的波長，可采納的做法是( )A．增大電容器兩極板間的距離B．減小電容器兩極板間的距離C．減小電容器兩極板正對面積D．在電容器兩極板間加入電介質(zhì)分析：選

BD

由v＝λf，f＝

2π

1

，可知：LC

vλ＝f＝v·2π

LC，即

λ2與

C成正比εS又C＝4πkd，故B、D正確。4．[多項選擇]電磁波與聲波比較( )A．電磁波的流傳不需要介質(zhì)，聲波的流傳需要介質(zhì)B．由空氣進(jìn)入水中時，電磁波速度變小，聲波速度變大C．由空氣進(jìn)入水中時，電磁波波長變小，聲波波長變大D．電磁波和聲波在介質(zhì)中的流傳速度，都是由介質(zhì)決定，與頻次沒關(guān)分析：選

ABC

選項

A、B均與事實符合，所以

A、B正確；依據(jù)

vλ＝f，電磁波波速變小，頻次不變，波長變??；聲波速度變大，頻次不變，波長變大，所以選項C正確；電磁波在介質(zhì)中的速度，與介質(zhì)相關(guān)，也與頻次相關(guān)，在同一種介質(zhì)中，頻次越大，波速越小，所以選項D錯誤。5.[

多項選擇]某時刻

LC振蕩電路的狀態(tài)如下圖，則此時刻

(

)A．振蕩電流

i

在減小B．振蕩電流

i

在增大C．電場能正在向磁場能轉(zhuǎn)變D．磁場能正在向電場能轉(zhuǎn)變分析：選AD由電磁振蕩的規(guī)律可知，電容器充電過程中，電流漸漸減小，電場能逐漸增大，磁場能漸漸減小，即磁場能正向電場能轉(zhuǎn)變，故A、D正確。6．在無線電波廣播的接收中，調(diào)和諧檢波是兩個一定經(jīng)歷的過程，以下對于接收過程的次序，正確的選項是( )A．調(diào)諧→高頻放大→檢波→音頻放大B